کلسیم دندان و استخوان ما از انفجار ستارگان نشئت می گیرد

مطالعه‌ی جدیدی با همکاری ۶۷ دانشمند از ۱۵ کشور دنیا انجام شده است که نشان می‌دهد ستاره‌های درحال‌انفجار کلسیمی را تأمین کرده‌اند که امروزه در استخوان و دندان ما وجود دارد.

دانشمندان مدت‌ها است تصور می‌کنند حداکثر نیمی از کلسیمی که امروزه در جهان وجود دارد و استخوان‌ها و دندان‌های ما را هم شامل می‌شود،‌ ناشی از انفجار ستاره‌های سوپرنوا (ابرنواختر) هستند. دانشمندان به‌تازگی ازطریق مطالعه‌ای جدید جزئیات بسیار جالبی درباره‌ی نحوه‌ی فرارسیدن پایان عمر این ستاره‌های بسیار کم‌یاب و غنی از کلسیم به‌دست آورده‌اند که پیش‌تر سابقه نداشته است. آنان توانسته‌اند ازطریق پرتوهای ایکس در اعماق فضا و تصویربرداریِ مادون‌قرمز بفهمند که چگونه ستاره‌‌های سوپرنوا منفجر می‌شوند و حجم بسیار زیادی از کلکسیم را به درون فضا می‌فرستند. به‌لطف این مطالعه‌ی جدید، برخی از ابهامات موجود درزمینه‌ی روند انفجار سوپرنواها برطرف می‌شوند. 

مطالعه‌ی یادشده با همکاری ۶۷ محقق از ۱۵ کشور دنیا نوشته شده است و ادعا می‌کند ستاره‌های سوپرنوای سرشار از کلسیم زندگی خود را به‌عنوان ستاره‌هایی فشرده‌ آغاز می‌کنند که در انتهای عمرشان به‌سرعت جرم از دست می‌دهند. ازدست‌دادن جرم به‌مرورزمان لایه‌ای خارجی از گاز را در اطراف سوپرنوا ایجاد می‌کند و بعدها براثر برخورد مواد انفجاری با لایه‌ی گاز بیرونی سوپرنوا، انفجار رخ می‌دهد. وین جیکوبسون گالان، از اخترفیزیک‌دانان دانشگاه نورت‌وسترن می‌گوید:

دفعات رخ‌دادن این رویدادها به‌حدی کم است که تاکنون هرگز نفهمیده‌ایم چه چیزی باعث ایجاد سوپرنواهای سرشار از کلسیم شده است. با مشاهده‌ی رفتار سوپرنوا در ماه‌های آخرش پیش‌از‌اینکه به مرحله‌ی پایانی عمر برسد، توانستیم مکانی را به‌دقت بررسی کنیم که قبلا برایمان ناشناخته بود. بدین‌ترتیب، راه‌های جدیدی به‌روی ما در حوزه‌ی علم باز شده است.

ستاره‌ی سوپرنوای مذکور با نام SN 2019ehk شناخته می‌شود و جوئل شپرد، یکی از ستاره‌شناسان آماتور، نخستین‌بار آن را در کهکشان مارپیچی Messier 100 ملقب ‌به M100 در فاصله‌ی ۵۵ میلیون سال نوری از زمین کشف کرد. در زمان بسیار کوتاهی پس از کشف این سوپرنوا، اغلب تلسکوپ‌های بزرگ زمین شروع به بررسی آن کردند. در نظر داشته باشید سوپرنوا بسیار نادر و در زمانی سریع ممکن است آثار آن از بین بروند؛ بنابراین در چنین رویدادهای نادری، سرعت‌عمل حرف اول را می‌زند.

موضوعی که ستاره‌شناسان انتظارش را نداشتند، میزان درخشندگی پروتوهای ایکس ساطع‌شده‌ی SN 2019ehk بود. دانشمندان پس از بررسی دقیق‌تر به‌سرعت متوجه شدند در حال نگاه‌کردن به مجموعه‌ای عظیم از پرتوهای ایکس پرانرژی هستند که از سوپرنوا ساطع می‌شود و به لایه‌ی بیرونی برخورد می‌کند که متشکل از گاز است. همین درخشندگی باعث شد سرنخ‌های بسیار جالبی درباره‌ی موادی که سوپرنوا درحال بیرون ریختن آن‌ها بود، دراختیار دانشمندان قرار بگیرد. افزون‌براین، دانشمندان توانستند تخمین بزنند حجم مواد بیرون‌ریخته‌شده چقدر بوده است.

مطالعه‌ی انجام‌شده روی این ستاره‌ی درحال‌مرگ به دانشمندان کمک کرد بفهمند چه اتفاقاتی در حال رخ‌دادن است. واکنشی که در بین مواد بیرون‌ریخته‌شده و لایه‌ی گازی اطراف ستاره درحال‌انجام بودند، باعث تولید گرما و فشار بسیار شدید شد. این گرما و فشار جدید به‌نوعی واکنش هسته‌‌ای تولیدکننده‌ی کلسیم منتهی شد و هرچه زمان می‌گذشت، ستاره تلاش می‌کرد گرما و انرژی را در سریع‌ترین زمان ممکن بیرون بریزد. 

رجیس کارتیر، از اعضای آزمایشگاه تحقیقاتی ملی نجوم در حوزه‌ی نوری و مادون قرمز (موسوم ‌به NOIRLab) می‌گوید:

بسیاری از ستاره‌های عظیم در طول زندگی‌شان مقدار کمی از کلسیم را می‌سازند؛ بااین‌حال، رویدادهایی شبیه به آنچه برای SN 2019ehk رخ داد، احتمالا مسئول اصلی تولید مقادیر بسیار زیادی از کلسیم هستند. در فرایند انفجار، این ستاره‌ها کلسیمی که تولید کرده‌اند، به درون فضای بین ستاره‌ای و کهکشان‌های مختلف پراکنده می‌کنند. درنهایت، این کلسیم راه خود را به درون سیستم‌های سیاره‌ای پیدا و در تولید آن‌ها نقش ایفا می‌کند. این اتفاق برای زمین هم رخ داده و کلسیم حاصل از انفجار سوپرنوا به بدن ما رسیده است. 

دقیقا به‌دلیل نقش بسیار مهم سوپرنواها در تولید کلسیم است که دانشمندان همواره اشتیاق زیادی به انجام مطالعه روی آن‌ها از خود نشان داده‌اند. البته مطالعه روی این‌ دسته ستاره‌ها کار به‌شدت سختی است؛ زیرا نمی‌توان به‌سادگی آن‌ها را پیدا کرد و حتی تلسکوپ فضایی هابل هم نتوانسته بود SN 2019ehk را بیابد. در مطالعه‌ی جدید دانشمندان، انفجار برای سوپرنوای SN 2019ehk در مرکز کل ماجرا قرار می‌گیرد. آنچه دانشمندان مشاهده کردند،‌ بیشترین میزان کلسیمی است که تاکنون توانسته‌اند از واقعه‌ی اخترفیزیکی ببینند. 

اگر روزی فرارسد که دانشمندان بتوانند داخل سوپرنواها را هم ببینند، درهای جدید زیادی به ‌روی علم ستاره‌شناسی باز خواهد شد و بهتر خواهیم فهمید کلسیمی که امروزه در استخوان و دندان ما پیدا می‌شود و در جاهای دیگر دنیا هم وجود دارد، واقعا چگونه ساخته شده است. 

مطالعه‌ای که با همکاری دَه‌ها دانشمند از ۱۵ کشور انجام شد، به‌خوبی نشان می‌دهد دانشمندان در سراسر دنیا برای فهمیدن اطلاعات درباره‌ی وقایع مهم، همکاری نزدیکی باهم دارند. تنها دَه ساعت پس از اینکه جوئل شپرد توانست روشنایی‌های اولیه‌ی مربوط به سوپرنوا را در آسمان مشاهده کند، تعدادی از تلسکوپ‌های برتری که بشر آن‌ها را ساخت بود، برای بررسی جزئیات ماجرا اعلام آمادگی کردند و حاضر بودند تمام توانشان را به‌کار ببندند. رافائلا مارگونی، اخترفیزیک‌‌دان دانشگاه نورت‌وسترن می‌گوید:

تا پیش از وقوع این رویداد، اطلاعاتی غیرمستقیم درباره‌ی ماهیت سوپرنواهای سرشار از کلسیم داشتیم؛ بااین‌حال، اکنون می‌توانیم با اطمینان چندین احتمال را درباره‌ی ماهیت آن‌ها رد کنیم. 

نتایج این مطالعه در مجله‌ی The Astrophysical Journal منتشر شده است.